LVS三種負載均衡模型和十種調度方法

LVS（Linux Virtual Server）其實就是針對高可伸縮、高可用網絡服務的需求，給出了基於IP層和基於內容請求分發的負載平衡調度解決方法，並在Linux內核中實現了這些方法，將一組服務器構成一個實現可伸縮的、高可用網絡服務的虛擬服務器。所以，lvs需要內核有ipvs支持，確保你的內核支持ipvs後，只需安裝ipvsadm就可以把一台服務器配置成負載調度器（Load Balancer）。對外提供服務的IP，也就是我們訪問的IP稱做VIP。調度器LB的任務主要是分發請求，真正處理的是真實服務器(Real Server)。

LVS的三種負載均衡模型：

為了區別這三種模型，我們可以先做一下對比：

NAT模型

DR模型

TUN模型

集群節點（rip和dip）

需要在同一個子網當中

必須在同一個物理網絡當中

不需要在一個物理網絡當中

rip要求

私有地址，僅用於節點之間

可以使用公網地址

一定不能是私有地址

Director處理的請求

處理入站和出站

僅處理入站

僅處理入站

Real-server的網關

要指向dip

不能指向dip，而是路由器

不能指向dip，而是路由器

端口映射

可以實現

不能實現

不能實現

Real-server服務器要求

任意操作系統

支持大多數操作系統

必須是支持隧道功能的操作系統

注：rip為real-server的IP地址，dip為director的IP地址

LVS-NAT 的數據轉發流程是：Director機器收到外界請求，改寫數據包的目標地址，按相應的調度算法將其發送到相應Real Server上，Real Server處理完該請求後，將結果數據包返回到其默認網關，即Director機器上，Director機器再改寫數據包的源地址，最後將其返回給外界。這樣就完成一次負載調度。

LVS-NAT方式負載均衡集群（圖 1）

注：LVS-NAT集群中Real Server可以是任何的操作系統，而且無需做任何特殊的設定，惟一要做的就是將其默認網關指向Director機器。Real Server可以使用局域網 的 內 部 IP(192.168.0.0/24)。Director要有兩塊網卡，一塊網卡綁定一個外部IP地址(10.0.0.1)，另一塊網卡綁定局域網的內部IP(192.168.0.254)，作為Real Server的默認網關。

LVS-DR的數據轉發流程是：Director機器收到外界請求，按相應的調度算法將其直接發送到相應Real Server，Real Server處理完該請求後，將結果數據包直接返回給客戶，完成一次負載調度。

LVS-DR 方式負載均衡集群（圖 2）

LVS-DR集群中注意Real Server的內核也必須打上修正ARP問題的內核補丁

LVS-TUN的數據轉發流程是：Director機器收到外界請求，按相應的調度算法將其通過IP隧道發送到相應Real Server，Real Server處理完該請求後，將結果數據包直接返回給客戶。至此完成一次負載調度。

LVS-TUN方式負載均衡集群（圖 3）

LVS-TUN集群中注意Real Server的內核必須打上修正ARP問題的內核補丁。該方式中 Director將客戶請求分配到不同的Real Server，Real Server處理請求後直接回應給用戶，這樣Director就只處理客戶機與服務器的一半連接，極大地提高了Director的調度處理能力， 使集群系統能容納更多的節點數。另外TUN方式中的Real Server可以在任何LAN或WAN 上運行，這樣可以構築跨地域的集群，其應對災難的能力也更強，但是服務器需要為IP封裝付出一定的資源開銷，而且後端的Real Server必須是支持IP Tunneling的操作系統。

LVS的十種調度方法
輪調（RR）調度器將外部請求按順序輪流分配到集群中的真實服務器上，它均等地對待每一台服務器，而不管服務器上實際的連接數和系統負載，每個服務器都一樣多。

加權輪調（WRR）調度器根據真實服務器的不同處理能力來調度訪問請求。這樣可以保證處理能力強的服務器處理更多的訪問流量。調度器可以自動問詢真實服務器的負載情況，並動態地調整其權值。

目標地址Hash 根據請求的目標IP地址，作為散列鍵（Hash Key）從靜態分配的散列表找出對應的服務器，若該服務器是可用的且未超載，將請求發送到該服務器，否則返回空。

源地址Hashing 根據請求的源IP地址，作為散列鍵（Hash Key）從靜態分配的散列表找出對應的服務器，若該服務器是可用的且未超載，將請求發送到該服務器，否則返回空。

最少鏈接（LC）根據RS算法將請求調度到已建立的鏈接數最少的服務器上。

RS=active*256+inactive=overhead active活動連接數，inactive非活動連接數，overhead值越小則連接到誰上邊

加權最少鏈接（WLC） 在集群系統中的服務器性能差異較大的情況下，既要根據RS算法，還要考慮服務器的性能，具有較高權值的服務器將承受較大比例的活動連接負載。

最短的期望的延遲（SED） 基於WLC，但卻有所改變，依據（active+1）*256/weight=overhead，值越小，則連接到哪個服務器上。

最少隊列調度（NQ）無需隊列。如果有台realserver的連接數＝0就直接分配過去，不需要在進行sed運算

基於局部性的最少鏈接（LBLC）針對目標IP地址的負載均衡，目前主要用於Cache集群系統。該算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地址最近使用的服務器，若該服務器是可用的且沒有超載，將請求發送到該服務器；若服務器不存在，或者該服務器超載且有服務器處於一半的工作負載，則用"最少鏈接"的原則選出一個可用的服務器，將請求發送到該服務器。

帶復制的基於局部性最少鏈接（LBLCR）也是針對目標IP地址的負載均衡，目前主要用於 Cache集群系統。它與LBLC算法的不同之處是它要維護從一個目標IP地址到一組服務器的映射，LBLC算法維護從一個目標IP地址到一台服務器的映而射。該算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地址對應的服務器組，按"最小連接"原則從服務器組中選出一台服務器，若服務器沒有超載，將請求發送到該服務器，若服務器超載；則按"最小連接"原則從這個集群中選出一台服務器，將該服務器加入到服務器組中，將請求發送到該服務器。同時，當該服務器組有一段時間沒有被修改，將最忙的服務器從服務器組中刪除，以降低復制的程度。